【日】 黒川陽(yáng)弘 安藤慧佑 山田英助 松岡亨卓

1 混合動(dòng)力車

1.1 概況

目前,考慮到大氣污染及溫室效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題的影響,用戶對(duì)于改善汽車燃油耗與凈化廢氣排放的要求變得愈發(fā)強(qiáng)烈。汽車制造商為改善燃油耗而采用的一項(xiàng)對(duì)策是將內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)相組合,開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力汽車(HEV)。近年來(lái),通過(guò)外接對(duì)車載蓄電池進(jìn)行充電的插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)的保有量也在逐漸增加。

1.2 日本本土HEV普及狀況

圖1 日本國(guó)內(nèi)HEV和PHEV保有量的變化情況

如圖1所示,日本國(guó)內(nèi)的HEV和PHEV的保有量正在逐年增加。2015年與2014年相比,不包括輕型汽車在內(nèi)的HEV類乘用車的保有量增加了將近86萬(wàn)輛,總量達(dá)到了550萬(wàn)輛(約占當(dāng)時(shí)日本國(guó)內(nèi)乘用車總量3 935萬(wàn)輛的14%)。2011年以后,PHEV類乘用車的保有量也隨之增加,2015年約為5.7萬(wàn)輛。同時(shí),HEV類輕型汽車的保有量從2014年起也急劇增加,2015年的保有量約為23.9萬(wàn)輛。

1.3 日本國(guó)內(nèi)上市的新型車輛

表1表示按照上市時(shí)間順序的HEV和PHEV車型,同時(shí)列出了其在2016年的銷售情況。

2016年1月,BMW公司向日本市場(chǎng)推出配裝了插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的225xe Active Tourer及330e iPerformance車型。225xe Active Tourer車型的驅(qū)動(dòng)方式是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪,而用電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪,按照駕駛員的要求及行駛狀況,可選擇采用前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)以及四輪驅(qū)動(dòng);而330e iPerformance車型的驅(qū)動(dòng)方式則僅限于后輪驅(qū)動(dòng)方式。前者只用外部電力作為能源,即以電動(dòng)車模式可使行駛路程達(dá)到42.4 km(JC08工況),混合動(dòng)力綜合燃油耗達(dá)到17.6 km/L(JC08工況);后者以電動(dòng)車模式可使行駛路程達(dá)到36.8 km(JC08工況),混合動(dòng)力綜合燃油耗達(dá)到17.7 km/L(JC08工況)。此外,2016年1月VOLVO汽車公司在日本市場(chǎng)銷售了能以電動(dòng)模式行駛的插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的XC90 T8車型。該車型是一款用發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪,用電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的四輪驅(qū)動(dòng)車輛,其以電動(dòng)車模式行駛時(shí)采用后輪驅(qū)動(dòng)方式,以電動(dòng)車模式行駛的里程為35.4 km(JC08工況),混合動(dòng)力綜合燃油耗為15.3 km/L(JC08工況)。

2016年2月,本田公司銷售了ODYSSEY HY-BRID(HEV)車型及ODYSSEY HYBRID ABSOLUTE車型。這兩款車型的混合動(dòng)力系統(tǒng)采用靈活的多模式驅(qū)動(dòng)方式(i-MMD)。如圖2所示,i-MMD配裝有發(fā)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī),可靈活地在純電動(dòng)車模式,混合動(dòng)力模式(發(fā)動(dòng)機(jī)只用于發(fā)電),以及由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供動(dòng)力行駛的驅(qū)動(dòng)模式之間進(jìn)行切換。

2016年2月,鈴木汽車公司上市了采用輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)的IGNIS HYBRID車型。該車配裝有混合動(dòng)力系統(tǒng),通過(guò)配備有發(fā)電功能的電機(jī),實(shí)現(xiàn)起動(dòng)/發(fā)電一體化電機(jī)(ISG),并可利用減速時(shí)的能量發(fā)電,在加速工況下,可作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助功率輸出。

2016年4月,本田汽車公司上市了Auris車型。該車的混合動(dòng)力系統(tǒng)是在1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)上配裝了帶有減速機(jī)構(gòu)的豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)(THSⅡ)。

2016年5月,本田公司又銷售了ACCORD HYBRID(HEV)車型,相對(duì)傳統(tǒng)車型而言,由于提高了電機(jī)的扭矩及輸出功率,并對(duì)鋰離子蓄電池進(jìn)行了小型化及輕量化的技術(shù)改良,燃油耗改善達(dá)1.6 km/L。

2016年6月,Volkswagen公司在日本市場(chǎng)銷售了Passat GTE車型及Passat GTE Variant車型。其混合動(dòng)力系統(tǒng)可在1.4 L雙增壓分層燃燒直接噴射(TSI)發(fā)動(dòng)機(jī)與6檔直接換檔變速器(DSG)之間配置有電機(jī),電機(jī)DSG一體化設(shè)計(jì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)之間,電機(jī)與DSG之間分別設(shè)置有連接器。同時(shí)靈活運(yùn)用電動(dòng)車(EV)行駛模式、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式及發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式等3種行駛模式。EV模式下的行駛里程可達(dá)51.7 km(JC08工況),混合動(dòng)力模式下的綜合燃油耗為21.4 km/L(JC08工況)。

2016年7月,馬自達(dá)公司銷售了AXELA HYBRID(HEV)車型。該車型采用基本的混合動(dòng)力系統(tǒng)配裝有專門為混合動(dòng)力開(kāi)發(fā)的馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)汽油機(jī)(SKYACTIV-G2.0),同時(shí)還包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)及發(fā)電機(jī)。

2016年9月,Mercedes-Benz汽車公司銷售了GLC 350e 4MATIC Sports車型。此車成為該公司首次在全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4MATIC)中組合了插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的全新車型,EV模式下的行駛里程達(dá)30.1 km(歐洲參考值),混合動(dòng)力模式下的綜合燃油耗為13.9 km/L(JC08工況)。此外,2016年9月,本田公司銷售了FREED HYBRID(HEV)車型及FREED+HYBRID(HEV)車型。2款車型的混合動(dòng)力系統(tǒng)均采用1.5 L直噴發(fā)動(dòng)機(jī)+7檔雙離合變速器(DCT)+電機(jī)的運(yùn)動(dòng)型混合動(dòng)力智能式雙離合驅(qū)動(dòng)(i-DCD)(混合動(dòng)力型式采用串、并聯(lián)方式)。i-DCD電機(jī)作為混合動(dòng)力車型專用車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)首次采用了全新材質(zhì)的磁鐵。

表1 2016年日本國(guó)內(nèi)銷售的主要混合動(dòng)車汽車

2016年10月,Porsche汽車公司在日本市場(chǎng)上推出了Panamera 4E-HYBRID(PHEV)車型。EV模式行駛里程為50.0 km(歐洲參考值),混合動(dòng)力模式下的綜合燃油耗為百公里2.5 L(歐洲參考值)。此外,2016年10月,BMW公司銷售了740e iPerformance車型。該車的混合動(dòng)力系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)上組合了可與8檔自動(dòng)變速器形成一體式的電機(jī)系統(tǒng),在EV模式下的行駛里程為42.0 km(JC08工況),混合動(dòng)力模式下的綜合燃油耗為15.6 km/L(JC08工況)。

2016年11月,日產(chǎn)汽車公司銷售了NOTE e-POWER車型。該車的混合動(dòng)力系統(tǒng)組合了發(fā)電專用發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)發(fā)電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī),其驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用與日產(chǎn)汽車公司的電動(dòng)乘用車LEAF相同的款式。另外,2016年11月,鈴木汽車公司銷售了SOLIO HYBRID車型及SOLIO BANDIT HYBRID(均為HEV)車型。其混合動(dòng)力系統(tǒng)包括配裝了起動(dòng)發(fā)電一體機(jī)(ISG)的輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)和組合了ISG的單元,既可發(fā)電,也可用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)(MGU),與用作變速器自動(dòng)換檔控制(AGS)的并聯(lián)成混合動(dòng)力系統(tǒng)。

2016年12月,豐田汽車公司銷售了C-HR車型。該車型是該公司大力推行并適合全球汽車工業(yè)體系的第二款車型,使用與第一款車型PRIUS通用的技術(shù)平臺(tái)。另外,2016年12月,鈴木公司銷售了LANDY(HEV)車型,該車型采用了日產(chǎn)汽車公司的靈活而簡(jiǎn)單的混合動(dòng)力系統(tǒng)。

1.4 規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)向

按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)/TC 22(汽車)/SC 37(電動(dòng)車)規(guī)范,對(duì)包括混合動(dòng)力車、燃料電池車、蓄電池儲(chǔ)能電動(dòng)車的電動(dòng)車開(kāi)展全面的標(biāo)準(zhǔn)化推廣活動(dòng)。此外,目前主要的技術(shù)動(dòng)向是工作組負(fù)責(zé)全面處理車輛性能問(wèn)題,而HEV系統(tǒng)輸出功率研究方案(ISO/CD 20762)正在研討過(guò)程中,并旨在2018年建立上述決定方法的國(guó)際單位制(IS)。

表1 2016年日本國(guó)內(nèi)銷售的主要混合動(dòng)車汽車(續(xù)表)

圖2 本田公司HEV車的i-MMD的行駛模式

2 電動(dòng)車

2.1 概要

由于EV從油井傳遞到車輪的總能量轉(zhuǎn)換效率較高,溫室效應(yīng)氣體的排放量也會(huì)相應(yīng)減少。作為下一代與環(huán)境相協(xié)調(diào)的車輛技術(shù)目前備受關(guān)注。以2009年三菱公司的配裝有鋰離子電池的首款量產(chǎn)型EV“i-MiEV”的正式銷售為開(kāi)端,其保有量正在穩(wěn)步增長(zhǎng)。然而,2015年末的日本國(guó)內(nèi)保有量并未達(dá)到10萬(wàn)輛。其主要原因是充電時(shí)間、續(xù)航里程(指1次充電后的連續(xù)行駛路程)、車輛成本等方面的問(wèn)題,以及充電設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施方面的技術(shù)問(wèn)題尚未得以解決。但隨著續(xù)駛里程的延伸和車輛價(jià)格的不斷降低以及充電設(shè)備的持續(xù)增設(shè),由國(guó)家及部分自治團(tuán)體提供費(fèi)用補(bǔ)助金的援助性舉措,可有效推動(dòng)EV的普及。

2.2 EV的普及狀況及為普及EV付出的努力

2.2.1 引進(jìn)、銷售狀況

圖3表示日本國(guó)內(nèi)EV的保有量的變化情況。截至2008年,保有量呈減少趨勢(shì),如2004年為875輛,2008年僅為389輛,均不滿1 000輛。但自2009年起,三菱公司開(kāi)始銷售“i-MiEV”,2010年日產(chǎn)汽車公司上市了LEAF車型以后,保有量逐漸呈現(xiàn)增加趨勢(shì),在2015年末時(shí),保有量為80 511輛。表2歸納了2016年由各汽車制造商在日本本土上市的EV的主要技術(shù)參數(shù)。在2016年,日本國(guó)內(nèi)銷售的新型EV只有Tesla公司的Model X。另一方面,BMW公司對(duì)EVi3車略加改型,由于電池容量有所增加,一次充電后的行駛里程最長(zhǎng)可達(dá)390 km。

圖3 日本國(guó)內(nèi)EV保有量的變化情況(各年度末)

2.2.2 為推廣普及EV而付出的努力

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于2016年3月公布了“EV、HEV發(fā)展趨勢(shì)圖”,政府部門設(shè)定了各種車型的普及目標(biāo)：到2020年,電動(dòng)車及插電式混合動(dòng)力汽車的保有量最高應(yīng)為100萬(wàn)輛(2016年末的累計(jì)銷售輛數(shù)約14萬(wàn)輛),到2030年,EV、PHEV的銷售量占新車銷售量的20%～30%,約占總保有量的16%。作為促進(jìn)新能源車輛普及的議案,對(duì)基于電動(dòng)車而備受關(guān)注的充電設(shè)施問(wèn)題提出了建議。為消除充電不足導(dǎo)致的里程焦慮,應(yīng)在普通道路車站、加油站、高速公路的停車場(chǎng)(PA)、服務(wù)區(qū)(SA)等公區(qū)場(chǎng)所廣泛布設(shè)充電設(shè)施,該舉措對(duì)于EV及PHEV的潛在市場(chǎng)的不斷拓寬是必不可少的。

表2 2016年日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的主要電動(dòng)車的技術(shù)參數(shù)

此外,根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)定設(shè)立的費(fèi)用補(bǔ)助項(xiàng)目,環(huán)保車型的費(fèi)用補(bǔ)助金預(yù)算為137億日元,完善新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的補(bǔ)助金預(yù)算為25億日元。這兩項(xiàng)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助項(xiàng)目,旨在不斷提升電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程,并推進(jìn)關(guān)于電動(dòng)車的購(gòu)買行為,同時(shí)大力支持充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。根據(jù)日本國(guó)土交通省規(guī)定,通過(guò)地方交通的環(huán)保計(jì)劃實(shí)施,預(yù)算為4億日元,為促進(jìn)電動(dòng)車的普及,根據(jù)電動(dòng)車的地域應(yīng)用狀況,需優(yōu)先為其提供相關(guān)服務(wù)。

2.3 研究開(kāi)發(fā)動(dòng)向

在進(jìn)行延長(zhǎng)EV續(xù)駛里程等相關(guān)研究的同時(shí),也在進(jìn)行EV的新技術(shù)探索及普及活動(dòng)。

2.3.1 車輛及電池

Tesla公司于2016年4月首次公布了新型EV“Model 3”。Model 3具有在6 s內(nèi)加速至100 km/h的動(dòng)力性能,按美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)規(guī)定的燃油耗計(jì)測(cè)方法,需達(dá)到345 km以上的續(xù)駛里程。Volkswagen公司在2016年11月的洛杉磯汽車展覽會(huì)上公布了電動(dòng)車2017“e-Golf”,其蓄電池容量由24.2 k W·h增加到35.8 k W·h,電機(jī)的最高功率由86 k W增加到了100 k W,電機(jī)最大扭矩由269.5 N·m增加到了289.1 N·m。

日產(chǎn)汽車公司在2016年5月舉辦的汽車技術(shù)展覽會(huì)上推出了其參展樣品——高能量密度蓄電池,容量可達(dá)60 k W·h。此外,日本電氣公司(NEC)及日立制作所正在研發(fā)與車載電機(jī)進(jìn)行匹配的新一代高能量密度鋰離子電池。

2.3.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

2015年9月,日產(chǎn)汽車公司宣布,對(duì)開(kāi)發(fā)了e-NV200車型的研發(fā)團(tuán)隊(duì),可無(wú)償借貸使用該電動(dòng)車3年?；谠撆e措,同年已將e-NV200電動(dòng)車分別借貸給沖繩縣及橫浜市的相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)。各組織正在將EV作為防災(zāi)據(jù)點(diǎn)等設(shè)施的緊急備用電源,以此替代噪聲大、排放問(wèn)題嚴(yán)重的柴油機(jī)等發(fā)電設(shè)備。

日本的東芝公司和馬來(lái)西亞的公共汽車運(yùn)營(yíng)公司PAPSB,采用最佳容量的蓄電池及10 min即可完成充電的大功率充電技術(shù),開(kāi)發(fā)了與柴油車性能相當(dāng)?shù)拇笮碗p層電動(dòng)客車,并在馬來(lái)西亞進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。

豐田公司為實(shí)現(xiàn)超小型EV“豐田i-ROAD”的量產(chǎn),于2016年9月進(jìn)行了該電動(dòng)車的實(shí)車驗(yàn)證。該試驗(yàn)在東京內(nèi)開(kāi)展,并將其命名為“開(kāi)放式道路研究項(xiàng)目”。這項(xiàng)活動(dòng)可在一定時(shí)間內(nèi)向居民借出“豐田i-ROAD”車型,以其作為駕乘體驗(yàn)的監(jiān)測(cè)者,不僅要對(duì)該車型本身的使用需求加以驗(yàn)證,而且還需通過(guò)與具有較高技術(shù)水平的企業(yè)開(kāi)展協(xié)作,以便獲得遠(yuǎn)期規(guī)劃及相關(guān)服務(wù)等,并驗(yàn)證“豐田i-ROAD”多樣化需求可行性的實(shí)際計(jì)劃。

日產(chǎn)汽車公司及兼松公司于2016年11月宣稱,受新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)委托,啟動(dòng)了在美國(guó)加利福尼亞州北部城市圈的EV驗(yàn)證項(xiàng)目的觀察及調(diào)研工作。該項(xiàng)目通過(guò)快速充電網(wǎng)的建設(shè)及面向EV駕駛員提供實(shí)時(shí)信息服務(wù),同時(shí)推廣EV的行動(dòng)范圍。由于在加利福尼亞州進(jìn)行的實(shí)際驗(yàn)證項(xiàng)目中積累了與EV相關(guān)的各種數(shù)據(jù),可通過(guò)調(diào)查、分析、研究而進(jìn)行EV的普及,并建立了相關(guān)模型。

2.4 充電基礎(chǔ)設(shè)施

2.4.1 設(shè)置狀況

截至2015年,世界范圍內(nèi)所設(shè)置的公用普通充電樁、快速充電樁的累積數(shù)量已達(dá)到了19萬(wàn)臺(tái)。圖4表示不同國(guó)家的普通充電樁與快速充電樁的累積設(shè)置數(shù)量所占的份額。其中,普通充電樁的設(shè)置比例中國(guó)最高,此后排序?yàn)槊绹?guó)、荷蘭、日本和法國(guó)?？焖俪潆姌兜脑O(shè)置比例最高的也是中國(guó),其次分別是日本、美國(guó)、英國(guó)、挪威、德國(guó)。中國(guó)與日本的快速充電樁的設(shè)置比例呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì),荷蘭及法國(guó)等國(guó)的普通充電樁設(shè)置比例也呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)。其中,荷蘭通過(guò)企業(yè)用車制度以及稅收優(yōu)惠政策等舉措,促使應(yīng)用EV、PHEV的個(gè)人和企業(yè)均獲益匪淺,PHEV的銷售份額也在大幅增加(2013年的銷售份額占總量的10%),此為普通充電樁設(shè)置數(shù)量逐漸增多的重要原因。

圖4 截至2015年不同國(guó)家的普通、快速充電樁累積設(shè)置數(shù)量的比例(根據(jù)國(guó)際能源局(IEA)的統(tǒng)計(jì)值,包括交流充電樁和直流充電樁。交流充電樁中的普通充電樁需為交流電220 k W以下,快速充電樁則為交流電43 k W)

圖5表示日本國(guó)內(nèi)的普通充電樁、快速充電樁的累積出廠和設(shè)置數(shù)量。盡管2010年快速充電樁的數(shù)量為2009年的330%,2011年是2010年的260%,均得以大幅地增加,但在2013年僅為2012年的140%,增加幅度已有所減小,但近年來(lái)再次呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),如2014年為2013年的150%,2015年為2014年的210%。從普通充電樁的保有量看,自2012年以后,2013年及2014年相比其各自的前一年,普通充電樁的保有量均以150%～170%的比例逐步遞增。

圖5 截至2015年日本國(guó)內(nèi)普通、快速充電樁累積出廠和設(shè)置數(shù)量(普通充電樁根據(jù)出廠數(shù)量推定設(shè)置數(shù)量,快速充電樁由設(shè)置部位數(shù)推定設(shè)置數(shù)量)

2015年12月,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布的新聞公報(bào)使相關(guān)法規(guī)得以放寬,即可在快速充電樁附近設(shè)置普通充電樁。由此,已在高速公路的服務(wù)區(qū)(含停車點(diǎn))及普通道路的車站(含加油站、便利店)設(shè)置了快速充電樁,可利用相同的受電設(shè)備設(shè)置普通充電樁。以往雖然也有快速充電樁與普通充電樁同時(shí)設(shè)立的實(shí)例,但由于法規(guī)放寬等相關(guān)舉措,目前仍有望進(jìn)一步擴(kuò)大普通充電樁的保有量。

2.4.2 提高充電樁輸出功率

為了延長(zhǎng)電動(dòng)車的續(xù)駛里程,實(shí)現(xiàn)車載蓄電池容量的不斷提升,充電樁呈現(xiàn)出向高功率發(fā)展的趨勢(shì)。在日本國(guó)內(nèi),CHA de Mo協(xié)會(huì)發(fā)行的CHA de Mo說(shuō)明書V.1.2中,快速充電樁的最大電流從125 A提高到了400 A。由此,預(yù)計(jì)CHA de Mo標(biāo)準(zhǔn)的最大150 k W的充電樁可進(jìn)入市場(chǎng)銷售。在國(guó)外,BMW、Daimler公司、美國(guó)Ford汽車公司、Volkswagen汽車公司、Audi公司和Porsche公司這6家汽車制造商將共同在歐洲建設(shè)最大功率可達(dá)到350 k W的快速充電網(wǎng)絡(luò),并于2017年開(kāi)始施工。在歐洲地區(qū)將設(shè)置約400處快速充電網(wǎng)絡(luò),以350 k W的高功率進(jìn)行充電,假定電流為350 A,電壓會(huì)達(dá)到1 000 V。

2.4.3 無(wú)線充電系統(tǒng)

無(wú)線充電技術(shù)可大幅提高待充電用戶的便捷性,作為一項(xiàng)可為行駛途中車輛充電的技術(shù)而備受關(guān)注。為使其得以實(shí)用化,就項(xiàng)目而言,有以下幾項(xiàng)需要關(guān)注：(1)無(wú)輻射,采取了電磁兼容性(EMC)對(duì)策,提升人體防護(hù)性能及相應(yīng)安全對(duì)策;(2)互換性;(3)無(wú)線充電裝置的廣泛設(shè)置,有效的控制技術(shù);(4)建立標(biāo)準(zhǔn);(5)頒布與完善法規(guī);等。

關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化,2016年5月,美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)發(fā)布了汽車用無(wú)線充電的準(zhǔn)則J2954。該準(zhǔn)則以電磁感應(yīng)方式與電場(chǎng)共振方式為對(duì)象,規(guī)范了使用頻域及充電樁的輸出功率等級(jí)等參數(shù)指標(biāo)。除此之外,國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)也開(kāi)展了關(guān)于無(wú)線充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的討論。在日本國(guó)內(nèi),以寬頻帶無(wú)線充電討論會(huì)(BWF)為中心,與汽車工業(yè)協(xié)會(huì)及日本汽車研究所開(kāi)展聯(lián)合研究,同時(shí)也開(kāi)展了關(guān)于無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的討論。

2018年,Daimler公司預(yù)計(jì)在新上市的量產(chǎn)型PHEV車型上首次配裝無(wú)線充電系統(tǒng)(其由高通公司制成,最大輸出功率為3.6 k W)。日本國(guó)內(nèi)將在2020年,將無(wú)線充電系統(tǒng)引入市場(chǎng),并預(yù)計(jì)于2020年以后普及無(wú)線充電技術(shù)。

2.5 相關(guān)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)向

按照ISO/TC 22(汽車)/SC 37(電動(dòng)車)/WG 1工作組的部署,正在進(jìn)行以下法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的修訂與審議：ISO 6469-1“電動(dòng)車-蓄電裝置的安全”;ISO 6469-2“關(guān)于電動(dòng)車運(yùn)轉(zhuǎn)操作的安全”;ISO 6469-3“電動(dòng)車-電氣安全”。作為特別事項(xiàng),ISO 12405-3“鋰離子電池組件的安全要件”,目前已決定統(tǒng)一合并到目前審議中的ISO 6469-1第三版中。此外,關(guān)于熱連續(xù)試驗(yàn),作為ISO 6469-1的補(bǔ)充材料,將通過(guò)其他方式開(kāi)展相關(guān)研究。

3 燃料電池車

3.1 概要

燃料電池車(FCV)可用于替代以汽油、柴油為燃料的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車,并需配裝有高壓氫氣罐。FCV利用氫氣與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)而獲得動(dòng)力來(lái)源。因此,其與電動(dòng)車一樣并不直接排放CO2與氮氧化物(NOx),屬于零排放車輛(ZEV),目前正在進(jìn)行逐步推廣普及。2002年12月,日本開(kāi)始向政府和公共機(jī)關(guān)辦事機(jī)構(gòu)租賃銷售的FCV進(jìn)行技術(shù)改良,終于領(lǐng)先于世界,并于2014年12月15日在日本國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),同時(shí)得以上市銷售。

2016年3月22日,由日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省修訂的“氫·燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線圖”,表明了其未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)：2020年將使FCV保有量達(dá)4萬(wàn)輛;2025年,將使FCV保有量達(dá)20萬(wàn)輛左右;2030年將使FCV保有量達(dá)80萬(wàn)輛左右。此外,關(guān)于向FCV提供燃料的加氫站,目標(biāo)是到2020年建成160處,至2025年建成約320處的加氫站。

3.2 FCV與加氫站開(kāi)發(fā)動(dòng)向

3.2.1 FCV研發(fā)動(dòng)向

繼豐田汽車公司推出“MIRAI”車型后,2016年3月10日,本田銷售了“CLARITY FUEL CELL”車型,燃料電池車CLARITY的燃料電池動(dòng)力總成不斷追求小型化。由于需配裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi),作為率先應(yīng)用于轎車領(lǐng)域的FCV,其在世界范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)承載5人車型。另外,由于與同時(shí)銷售的可移動(dòng)型外部供電器——電力輸出器相組合,可將其作為“移動(dòng)電源”進(jìn)行供電,并可提供相當(dāng)于普通家庭大約7日的用電量。同時(shí),可在遭遇災(zāi)害等緊急情況下作為移動(dòng)發(fā)電設(shè)備而得以應(yīng)用。

自豐田公司的MIRAI上市以后,日本國(guó)內(nèi)FCV乘用車的保有量截至2015年3月末僅為150輛,2016年3月末為630輛。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布的“氫·燃料電池戰(zhàn)略路線圖”展示了到2020年將使FCV保有量達(dá)到4萬(wàn)輛的戰(zhàn)略目標(biāo),期待未來(lái)FCV將得以廣泛普及。

除了乘用車以外,豐田L(fēng)&F公司于2016年7月26日發(fā)布消息稱,自2016年秋季開(kāi)始銷售燃料電池叉車(FC叉車)(圖6),使用與MIRAI車相同的燃料電池(單電池)。氫氣的儲(chǔ)存壓力為35 MPa,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為8 h。美國(guó)在2003-2015年間已經(jīng)引進(jìn)了6 200輛以上的FC叉車,也期待在日后FC叉車能得以普及應(yīng)用。

圖6 豐田L(fēng)&F公司推出的FC叉車

2016年10月21日,豐田汽車公司發(fā)布消息稱,將從2017年初銷售燃料電池城市客車(FC客車)(圖7)。該車型采用了專門為MIRAI開(kāi)發(fā)的豐田燃料電池系統(tǒng)(TFCS)。

未來(lái),以燃料電池作為驅(qū)動(dòng)車的系統(tǒng),還會(huì)在乘用車以外的各種車輛上得以應(yīng)用。

圖7 豐田汽車的燃料電池公共汽車

3.2.2 加氫站設(shè)置的動(dòng)向

對(duì)于FCV而言,加氫站是不可或缺的,從2013年日本國(guó)內(nèi)已對(duì)加氫站開(kāi)始了面向商業(yè)化的推廣建設(shè)。在日本國(guó)內(nèi),加氫站是以四大城市圈(東京圈、中京圈、關(guān)西圈和北部九州圈),以及與連接四大城市圈的公路沿線為中心而開(kāi)展建設(shè)。在2016年12月,日本國(guó)內(nèi)有80所加氫站已投入正常運(yùn)營(yíng),其中東京圈有35所,中京圈21所,關(guān)西圈11所,北部九州圈有10所,其他地方3所。2016年4月6日,都窪市的北部關(guān)東3縣首座商用加氫站開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。圖8為該加氫站開(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)儀式。其為一座移動(dòng)式加氫站,在其后方安裝了供給氫氣所必需的大型整套設(shè)備拖車。移動(dòng)式加氫站在普及的初期階段被認(rèn)為是有效的方法,日本全國(guó)80所加氫站中有29所是移動(dòng)式加氫站。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省“氫·燃料電池戰(zhàn)略路線圖”展示了關(guān)于加氫站建設(shè)的目標(biāo),到2020年,將建設(shè)約160所加氫站,期待未來(lái)的加氫站與FCV同時(shí)在日本國(guó)內(nèi)得以普及與應(yīng)用。

圖8 日本都窪市春日加氫站開(kāi)始運(yùn)營(yíng)儀式

3.3 燃料電池相關(guān)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)向

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于2016年6月30日制定了關(guān)于FCV相互認(rèn)可的規(guī)章制度等。這是將聯(lián)合國(guó)規(guī)范(UNR134)引入至日本國(guó)內(nèi)的舉措,將促進(jìn)FCV的高壓氫氣罐等的輸入、輸出及進(jìn)一步高效化。但是,UNR134并沒(méi)有歸納、集中與材料(針對(duì)氫脆性的解決方案)有關(guān)的討論。由于各國(guó)均要開(kāi)展材料的安全確認(rèn)工作,可以應(yīng)用以往日本國(guó)內(nèi)的材料規(guī)范。關(guān)于這項(xiàng)材料的評(píng)估,迫切要求采用作為全球統(tǒng)一的試驗(yàn)方法。

關(guān)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化,已通過(guò)了ISO/TC 22(汽車)/SC 37(電動(dòng)車)以及ISO/TC 197(氫氣技術(shù)),并對(duì)FCV開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。通過(guò)這些審議,FCV的安全性、車載氫氣罐及加氫站的安全性、氫燃料規(guī)格等項(xiàng)目正在按照ISO審議步驟分別開(kāi)展研究討論。

針對(duì)最近的國(guó)際規(guī)范(IS)及面向短期內(nèi)國(guó)際規(guī)范的發(fā)展趨勢(shì),在ISO/TC 22/SC 37方面,已于2015年9月發(fā)布了ISO 6469-4(碰撞后的安全)標(biāo)準(zhǔn)。并且,同樣與電動(dòng)車安全有關(guān)的ISO 6469-2(關(guān)于操作、運(yùn)轉(zhuǎn)的安全)和ISO 6469-3(高電壓安全)的2項(xiàng)規(guī)范已于2018年發(fā)布。

ISO/TC 197方面,ISO 19880-1(加氫站的規(guī)范)已于2018年發(fā)布。另外,在該加氫站的規(guī)范化過(guò)程中,討論了保證氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的必要性,在新的ISO 19880-8標(biāo)準(zhǔn)中,將日本列為議長(zhǎng)國(guó)并開(kāi)始了審議,該規(guī)范目前已于2017年內(nèi)發(fā)布。另一方面,ISO 14687(氫燃料規(guī)格)已于2018年發(fā)布。另外,ISO 17268(氫氣連接管、閥類)也設(shè)立了相應(yīng)目標(biāo),并正式進(jìn)入投票階段。該系列與氫氣技術(shù)相關(guān)的國(guó)際規(guī)范,將會(huì)引領(lǐng)歐洲國(guó)家氫氣市場(chǎng)的開(kāi)拓以及法律、法規(guī)方面條款的完善。繼續(xù)進(jìn)行了燃料容器-氫氣罐(ISO 19881)以及氫氣罐用安全閥(ISO 19882)的審議,應(yīng)力求與前述的聯(lián)合國(guó)規(guī)范(UNR134)相結(jié)合,以便進(jìn)入審議的最終階段。

4 電動(dòng)車研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2016年,日本國(guó)內(nèi)外汽車制造商也推出了與HEV、EV及FCV等密切相關(guān)的諸多新產(chǎn)品與新技術(shù)。表3示出了2016年1～2月,配裝在日本國(guó)內(nèi)上市的新型汽車(也包括租賃銷售)或者經(jīng)全面改良的在乘用車上得以應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。部分輕度HEV上采用直流同步電機(jī),而許多車輛則采用交流同步電機(jī)。由于車型的不同,HEV需采用最高輸出功率為10～135 k W的各種電機(jī)。另一方面,EV及FCV則配裝有最高功率為130～193 k W的高功率電機(jī)。

2016年,雖然未曾銷售新型的商用HEV及EV車型,然而目前仍有關(guān)于EV載貨車的新聞報(bào)道,這類載貨汽車的最高輸出功率分別為185 k W和125 k W,最大扭矩分別為380 N·m和500 N·m。

最新電機(jī)的研究開(kāi)發(fā)動(dòng)向是以小型化與高效率化為重點(diǎn),例如通過(guò)繞組的卷繞方法使形狀最佳化,以及提高繞組的占空因數(shù)等方式以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。主要包含有高電壓驅(qū)動(dòng)、降低鐵損、繞組轉(zhuǎn)換等方法。不僅對(duì)電機(jī)進(jìn)行了高效化改進(jìn),而且也推進(jìn)了逆變器的高功率密度化及高效化,電機(jī)與逆變器相結(jié)合,同時(shí)也有力推進(jìn)了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化及高功率密度化。

表3 電動(dòng)乘用車上配裝的主要電機(jī)